JP2000036041A - 画像拡大装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像拡大時の画像のぼけを軽減する。 【解決手段】 原画像の上下の走査線に対して、走査線
の画素データに１以下の第１垂直補間係数を乗算する第
１乗算部６と、１ライン遅延させた走査線の画素データ
に１から第１垂直補間係数を減算した第２垂直補間係数
を乗算する第２乗算部７と、第１、第２乗算部６、７の
乗算結果を加算する第１加算部８と、入力された走査線
の左右の画素データに対して、画素データに１以下の第
１水平補間係数を乗算する第３乗算部１０と、１画素遅
延させた画素データに１から第１水平補間係数を減算し
た第２水平補間係数を乗算する第４乗算部１１と、第
３、第４乗算部１０、１１の乗算結果を加算する第２加
算部１２と、非線形特性を有する第１、第２水平補間係
数及び第１、第２垂直補間係数を生成する補間係数生成
部４とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像拡大装置に係
り、特に文字や図形等の輝度の大きく変動する画像を拡
大するのに好適な画像拡大装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像拡大装置においては、画像を
拡大するときには画像補間法として線形補間法を用いて
いる。図４はその様子を示す図である。線形補間法はＸ
−Ｙ座標系で距離１の等間隔に格子状に配列した画像を
拡大するときに行われる補間法であって、白丸で示され
る補間対象画素（補間によって作成される画素）を囲ん
でその四隅に位置する黒丸で示される４個の補間参照画
素（補間対象画素を作成するために参照する画素）の輝
度値を用いて補間している。図４において、補間対象画
素の座標を（ｘ',ｙ'）、および各補間参照画素の座標
を（ｘ_n,ｙ_n）、（ｘ_n+1,ｙ_n）、（ｘ_n,ｙ_n+1）、（ｘ
_n+1,ｙ_n+1） とし、その画素の輝度値をそれぞれｆ
（ｘ',ｙ'）、ｆ（ｘ_n,ｙ_n）、ｆ（ｘ_n+1,ｙ_n） 、ｆ
（ｘ_n,ｙ_n+1）、ｆ（ｘ_n+1,ｙ_n+1） とし、また、補間
対象画素（ｘ',ｙ'） から補間参照画素（ｘ_n,ｙ_n） ま
でのＸ座標系の距離をａ、Ｙ座標系の距離をｂとした場
合、補間対象画素の輝度値ｆ（ｘ',ｙ'）は次式で算出
することができる。 ｆ（ｘ',ｙ'）＝（１−ａ）（１−ｂ）ｆ（ｘ_n,ｙ_n）＋
（１−ａ）ｂｆ（ｘ_n,ｙ_n+1）＋ａ（１−ｂ）ｆ
（ｘ_n+1,ｙ_n）＋ａｂｆ（ｘ_n+1,ｙ_n+1）

【０００３】この線形補間法において、距離ａ、ｂは拡
大倍率に応じて決定される定数であることが多く、乗算
部のみにて回路構成ができるので、この線形補間法は簡
単に補間を行えるという利点を持っている。図５は線形
補間法における距離ａ、ｂと補間係数α、βの関係を示
す図である。このように、従来の拡大装置では線形補間
を用いて拡大しているので、隣接する補間参照画素の画
素データに乗算する補間係数は直線的に変化するため、
画像のエッジ部分の境界がはっきりしなくなり、画像に
よっては拡大されたときにぼけた画像として表示される
場合もある。図６はこの様子を典型的に示すもので、黒
色の背景に１画素置きに２本白線（文字情報等を重畳表
示しているときを想定している。）が引かれている画像
の１ライン分について考慮したものであり、（Ａ）は原
画像を、（Ｂ）は約５倍程度に拡大したときの拡大画像
を示している。図６に示されるように、原画像は１画素
置きに白黒が交互に表れているのに対して拡大画像は傾
斜を持った直線的な白から黒への、黒から白への像に変
化している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の画
像の拡大方法では画像のエッジ部分の境界がはっきりし
なくなり、ぼけた画像として表示されるといった問題点
があった。本発明は、上記課題を解決するためになされ
たもので、原画像データに乗算する係数に非線形特性を
持たせてデータを補間して画像信号を拡大することによ
り、画像のエッジ部分の境界をはっきりさせ、画像のぼ
けを軽減することができる画像拡大装置を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明になる第１の画像
拡大装置は、入力された原画像の前後の画素データの一
方に１以下の所定の係数を乗算し、他方に１から前記係
数を減算した係数を乗算し、両方の乗算結果を加算して
出力するフィルタ回路において、前記係数を複数の非線
形係数にして画素データ入力を補間することを特徴とす
るものである。

【０００６】本発明になる第２の画像拡大装置は、次の
各構成を有し、画素データ入力を補間して画像の垂直方
向及び水平方向を拡大した画像データを出力することを
特徴とするものである。 （１）デジタル化された入力画像信号を記憶する画像メ
モリ。 （２）垂直方向の拡大倍率に基づいて拡大後の垂直方向
の位置を算出し、この算出結果の整数部をこの画像メモ
リの読出垂直アドレスとし、小数部を垂直補正アドレス
として生成する読出垂直アドレス生成部。 （３）水平方向の拡大倍率に基づいて拡大後の水平方向
の位置を算出し、この算出結果の整数部を前記画像メモ
リの読出水平アドレスとし、小数部を水平補正アドレス
として生成するＸアドレス生成部。 （４）この水平補正アドレスを受けて、その水平補正ア
ドレスにおける１以下の非線形係数である第１水平補間
係数と１からこの第１水平補間係数を減算した第２水平
補間係数を、前記垂直補正アドレスを受けて、その垂直
補正アドレスにおける１以下の非線形係数である第１垂
直補間係数と１からこの第１垂直補間係数を減算した第
２垂直補間係数を生成する補間係数生成部。 （５）前記水平、垂直アドレスの指定により前記画像メ
モリから読み出された画素データに前記第１垂直補間係
数を乗算する第１乗算部。

【０００７】（６）前記画像メモリから読み出された前
記画素データを１ライン（水平走査期間）分遅延させる
ライン遅延部。 （７）このライン遅延部からの遅延された画素データに
前記第２垂直補間係数を乗算する第２乗算部。 （８）前記第１、第２乗算部の乗算結果を加算する第１
加算部。 （９）この第１加算部からの画素データに前記第１水平
補間係数を乗算する第３乗算部。 （１０）前記第１加算部からの画素データを１画素分遅
延させる画素遅延部。 （１１）この画素遅延部からの１画素遅延された画素デ
ータに前記第２水平補間係数を乗算する第４乗算部。 （１２）前記第３、第４乗算部の乗算結果を加算する第
２加算部。

【０００８】また、第１または第２の画像拡大装置にお
いては、前記第１、第２水平補間係数および第１、第２
垂直補間係数が非線形特性を有するルックアップテーブ
ルから読み出したものからなることを特徴とするもので
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施
の形態を示す画像拡大装置のブロック図である。

【００１０】本実施の形態の画像拡大装置は、入力画像
信号をＡ／Ｄ変換して得られたデジタル化された入力画
像信号を記憶する画像メモリ１と、水平方向の拡大倍率
に基づいて拡大後の水平方向の位置を算出し、この算出
結果の整数部分を画像メモリ１の読出水平アドレスＸ_R1
とし、小数点以下の部分を水平補正アドレスＸ_R2とする
Ｘアドレス生成部２と、垂直方向の拡大倍率に基づいて
拡大後の垂直方向の位置を算出し、この算出結果の整数
部分を画像メモリ１の読出垂直アドレスＹ_R1とし、小数
点以下の部分を垂直補正アドレスＹ_R2とするＹアドレス
生成部３と、水平補正アドレスＸ_R2を受けて、その補正
アドレスにおける１以下の非線形係数である第１水平補
間係数（α）と１から第１水平補間係数（α）を減算し
た第２水平補間係数（１−α）を、前記垂直補正アドレ
スＹ_R2を受けて、その補正アドレスにおける１以下の非
線形係数である第１垂直補間係数（β）と１から第１垂
直補間係数（β）を減算した第２垂直補間係数（１−
β）を生成する補間係数生成部４と、水平、垂直アドレ
スＸ_R1、Ｙ_R1の指定により画像メモリ１から読み出され
た画素データに前記第１垂直補間係数（β）を乗算する
第１乗算部６と、画像メモリ１から読み出された画素デ
ータを１ライン（水平走査期間）分遅延させるライン遅
延部５と、ライン遅延部５からの遅延された画素データ
に第２垂直補間係数（１−β）を乗算する第２乗算部７
と、第１、第２乗算部６、７の乗算結果を加算する第１
加算部８と、この第１加算部８から入力される画素デー
タに前記第１水平補間係数（α）を乗算する第３乗算部
１０と、第１加算部８からの画素データを１画素分遅延
させる画素遅延部９と、画素遅延部９からの１画素遅延
された画素データに第２水平補間係数（１−α）を乗算
する第４乗算部１１と、第３、第４乗算部１０、１１の
乗算結果を加算する第２加算部１２とを有している。

【００１１】次に、このような画像拡大装置の動作を説
明する。入力画像信号はデジタル化されて書込水平／垂
直アドレス（図示せず。）をアドレスとして画像メモリ
１に記憶される。

【００１２】周知のように、メモリに格納されている画
像を拡大するときには書込アドレスと読出アドレス間に
は次のような関係が成立する。 （読出アドレス）＝（１／拡大倍率）×（書込アドレ
ス） 即ち、書込水平／垂直アドレスをＸ_W、Ｙ_W、読出水平／
垂直アドレスをＸ_W、Ｙ_W とし、読出開始水平／垂直ア
ドレスをｐ、ｑとし、拡大倍率をｍとすると次式が成立
する。 Ｘ_R ＝ （１／ｍ）Ｘ_W ＋ ｐ Ｙ_R ＝ （１／ｍ）Ｙ_W ＋ ｑ

【００１３】ここで水平／垂直アドレスＸ_R、Ｙ_Rは少数
の値にもなり得るので、水平／垂直アドレスＸ_R、Ｙ_Rそ
れぞれの整数部をＸ_R1、Ｙ_R1とし、小数部をＸ_R2、Ｙ_R2
とすると水平／垂直Ｘ_R 、Ｙ_R は次式で表すことができ
る。 Ｘ_R ＝ Ｘ_R1 ＋ Ｘ_R2 Ｙ_R ＝ Ｙ_R1 ＋ Ｙ_R2 ここで、少数部Ｘ_R2、Ｙ_R2は、それぞれ従来の技術で記
載した補間対象画素（ｘ',ｙ'） から補間参照画素（ｘ
_n,ｙ_n） までのＸ座標系の距離をａ、Ｙ座標系の距離を
ｂに相当する。

【００１４】読出水平アドレス生成部２および読出垂直
アドレス生成部３は、上述のような演算部で構成され、
生成された整数部Ｘ_R1、Ｙ_R1をそれぞれ読出水平アドレ
スＸ_R1、読出垂直アドレスＹ_R1として画像メモリ１に供
給され、このアドレスに従って画像データが読み出され
る。

【００１５】また、少数部Ｘ_R2、Ｙ_R2をそれぞれ補助水
平アドレスＸ_R2、補助垂直アドレスＹ_R2として補間係数
生成部４に供給される。補間係数生成部４は内部にＲＯ
Ｍ等からなり、補助水平アドレスＸ_R2をアドレスとして
第１水平補間係数（α）と第２水平補間係数（１−α）
を生成する第１ルックアップテーブル（以下、ＬＵＴと
いう。）および補助垂直アドレスＹ_R2をアドレスとして
第１垂直補間係数（β）と第２垂直補間係数（１−β）
を生成する第２ＬＵＴを有する。これらの第１水平補間
係数（α）、第２水平補間係数（１−α）、第１垂直補
間係数（β）および第２垂直補間係数（１−β）はそれ
ぞれ第３乗算部１０、第４乗算部１１、第１乗算部６、
および第２乗算部７に供給される。

【００１６】画像メモリ１から読み出された画像データ
は第１乗算部６とライン遅延部５に供給され、第１乗算
部６で第１垂直補間係数（β）との乗算が実行され、ま
たライン遅延部５では１ライン遅延される。この遅延を
受けた画像データは第２乗算部に供給され、ここで第２
垂直補間係数（１−β）との乗算が実行される。この２
つの積は第１加算部８に供給され、加算される。このよ
うにして、画像メモリ１に供給される読出垂直アドレス
Ｙ_R1は、前述のように書込垂直アドレスＹ_W のｍ分の１
の頻度で変化するから、画像は垂直方向にｍ倍に拡大さ
れたこととなる。

【００１７】この垂直方向にｍ倍に拡大された画像は第
３乗算部１０と画素遅延部９に供給される。第３乗算部
１０で第１水平補間係数（α）との乗算が実行され、ま
た画素遅延部９では１画素遅延される。この遅延を受け
た画像データは第４乗算部に供給され、ここで第２水平
補間係数（１−α）との乗算が実行される。この２つの
積は第２加算部１２に供給され、加算される。このよう
にして、画像メモリ１に供給される読出水平アドレスＸ
_R1は、前述のように書込水平アドレスＸ_W のｍ分の１の
頻度で変化するから、画像は水平方向にｍ倍に拡大され
たこととなる。このときの第３乗算部１０への供給画像
は前述のように垂直方向にｍ倍に拡大されているので水
平、垂直方向共にｍ倍に拡大されることになる。

【００１８】ここで、第１水平補間係数（α）と第１垂
直補間係数（β）は非線形係数である。図２はその様子
を示したものであり、（Ａ）は補助水平アドレスＸ_R2に
対する第１水平補間係数（α）を、（Ｂ）は補助垂直ア
ドレスＹ_R2に対する第１水平補間係数（β）を示してい
る。図３は、このようなＳ字状の非線形特性を有する第
１水平補間係数（α）と第１垂直補間係数（β）を用い
たときの第２加算部１２から出力される水平、垂直方向
にそれぞれ５倍に拡大された画像である。図３に示され
るように入力画像の原型をほぼ保ったまま拡大されてい
る。

【００１９】以上のように、非線形性を有する補間係数
を用いて水平方向、垂直方向を拡大しているので、原画
像の保存性が良く、拡大したときにも画像のエッジ部分
の境界がはっきりしており、画像のぼけが軽減される。

【００２０】本実施の形態では、画像メモリをいわゆる
フレームメモリとしてきたが、ラインメモリを２つ持た
せ、交互に書き込み／読み出しを実行する形式を用いる
ことができる。また、水平／垂直とも等しい拡大倍率と
したが、必要があれば異なる拡大倍率を用いることもで
きるのは勿論である。また、補間係数は１種類とした
が、多種類を用意し、画像に応じて選択して補間できる
ように構成することができる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１、２の発明によれば、以上説明
したように、画像拡大時の水平方向、垂直方向の補間に
Ｓ字状の非線形特性を有する補間係数を用いることとし
ているので、画像を拡大したときにも原画像の保存性が
良いから、画像のエッジ部分の境界がはっきりしてお
り、画像のぼけを軽減できる画像拡大装置を提供でき
る。

【００２２】請求項３の発明によれば、非線形特性を有
する補間係数をＲＯＭ等で構成するルックアップテーブ
ルで作成することとしているので、簡単な構成で画像の
ぼけを軽減できる画像拡大装置を提供でき、また１種類
の補間係数だけでなく容易に多種類の補間係数を実現で
きるから、原画像に合わせて最適な補間係数を選択でき
る画像拡大装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の画像拡大装置の一実施形態を示すブ
ロック図。

【図２】 本発明の補助アドレスと補間係数の関係を示
す図。

【図３】 本発明の画像拡大装置による拡大画像の１ラ
イン分を示す図。

【図４】 補間法を説明する図。

【図５】 従来の線形補間法における距離ａ、ｂと補間
係数α、βの関係を示す図。

【図６】 従来の線形補間法を用いた画像拡大装置によ
る拡大画像の１ライン分を示す図。

【符号の説明】 １ 画像メモリ ２ 読出水平アドレス生成部 ３ 読出垂直アドレス生成部 ４ 補間係数生成部 ５ ライン遅延部 ６ 第１乗算部 ７ 第２乗算部 ８ 第１加算部 ９ 画素遅延部 １０ 第３乗算部 １１ 第４乗算部 １２ 第２加算部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された原画像の前後の画素データの
   一方に１以下の所定の係数を乗算し、他方に１から前記
   係数を減算した係数を乗算し、両方の乗算結果を加算し
   て出力するフィルタ回路において、 前記係数を複数の非線形係数にして画素データ入力を補
   間することを特徴とする画像拡大装置。
2. 【請求項２】 次の各構成を有し、画素データ入力を補
   間して画像の垂直方向及び水平方向を拡大した画像デー
   タを出力することを特徴とする画像拡大装置。 （１）デジタル化された入力画像信号を記憶する画像メ
   モリ。 （２）垂直方向の拡大倍率に基づいて拡大後の垂直方向
   の位置を算出し、この算出結果の整数部をこの画像メモ
   リの読出垂直アドレスとし、小数部を垂直補正アドレス
   として生成する読出垂直アドレス生成部。 （３）水平方向の拡大倍率に基づいて拡大後の水平方向
   の位置を算出し、この算出結果の整数部を前記画像メモ
   リの読出水平アドレスとし、小数部を水平補正アドレス
   として生成するＸアドレス生成部。 （４）この水平補正アドレスを受けて、その水平補正ア
   ドレスにおける１以下の非線形係数である第１水平補間
   係数と１からこの第１水平補間係数を減算した第２水平
   補間係数を、前記垂直補正アドレスを受けて、その垂直
   補正アドレスにおける１以下の非線形係数である第１垂
   直補間係数と１からこの第１垂直補間係数を減算した第
   ２垂直補間係数を生成する補間係数生成部。 （５）前記水平、垂直アドレスの指定により前記画像メ
   モリから読み出された画素データに前記第１垂直補間係
   数を乗算する第１乗算部。 （６）前記画像メモリから読み出された前記画素データ
   を１ライン（水平走査期間）分遅延させるライン遅延
   部。 （７）このライン遅延部からの遅延された画素データに
   前記第２垂直補間係数を乗算する第２乗算部。 （８）前記第１、第２乗算部の乗算結果を加算する第１
   加算部。 （９）この第１加算部からの画素データに前記第１水平
   補間係数を乗算する第３乗算部。 （１０）前記第１加算部からの画素データを１画素分遅
   延させる画素遅延部。 （１１）この画素遅延部からの１画素遅延された画素デ
   ータに前記第２水平補間係数を乗算する第４乗算部。 （１２）前記第３、第４乗算部の乗算結果を加算する第
   ２加算部。
3. 【請求項３】 前記第１、第２水平補間係数および第
   １、第２垂直補間係数が非線形特性を有するルックアッ
   プテーブルから読み出したものからなる請求項１または
   請求項２記載の画像拡大装置。